Развитие полиграфического производства и способов перенесения изображения на различные материалы заставляют производителей создавать все новые и новые печатные краски, и разобраться в огромном ассортименте бывает непросто даже профессионалам.
Печатная краска — один из основных расходных материалов полиграфического репродуцирования, применяемый при печати. Изображение, полученное на какой-либо основе, является результатом переноса одной или последовательным наложением нескольких красок (за исключением специальных видов печати, используемых при изготовлении ценных бумаг и денежных знаков) с печатных форм.
В мире насчитывается более 20 крупных фирм-производителей красок, многие из которых неизвестны российской полиграфической общественности. Они представляют огромный ассортимент продукции для различных способов печати, запечатываемых материалов и оборудования. На стр. 44 приведен график предполагаемых объемов продаж полиграфических красок крупнейшими мировыми производителями, работающими на американском рынке, за 2000 год (данные журнала Ink World, апрель 2000 г.).
Цель этой и последующих статей — помочь читателям разобраться во всем многообразии выпускаемых печатных красок, их характеристиках и особенностях использования.
Состав печатных красок
Говоря научным языком, печатная краска представляет собой двухфазную коллоидную систему, твердой фазой которой являются высокодисперсионные красящие вещества, равномерно распределенные и стабилизированные в среде жидкого связующего.
Реальные структуры печатных красок могут значительно отличаться от приведенного выше классического определения. В частности, в состав многих красок входят наполнители, являющиеся, наряду с красящими веществами, составной частью твердой дисперсной фазы. Кроме того, в состав ряда красок для различных видов печати вводятся специальные компоненты, обеспечивающие разнообразие печатно-технических свойств. Такими компонентами могут быть твердые частицы двуокиси кремния, природные или синтетические полимеры и т. д.
Красящие вещества — это химические соединения, обладающие цветом и способные придавать окраску запечатываемым материалам. К таким веществам относятся нерастворимые в воде и обычных технических растворителях пигменты и растворимые в воде красители.
Пигмент — мелкодисперсные черные, белые или цветные порошки, нерастворимые в воде, масле и ряде других растворителей, используемых для изготовления красок. В основном они придают печатным краскам оптические и некоторые печатно-технические свойства. Исходя из особенностей технологии печатания и вида полиграфической продукции, пигменты должны обладать определенными свойствами:
1. Иметь определенную цветовую характеристику (цветовой тон, яркость, насыщенность) и, будучи нанесенными вместе со связующим на поверхность запечатываемого материала, воспроизводить по возможности все цвета оригинала. 2. Иметь высокую интенсивность, которая позволяла бы готовить краску с меньшей их концентрацией. 3. Образовывать со связующими в зависимости от назначения прозрачные (триадные) или кроющие (переплетные, афишные и др.) краски. 4. Как можно дольше не изменять цветовых характеристик при воздействии cвета. 5. Иметь высокую степень дисперсности и мягкие частицы, что обеспечивает образование гладкой поверхности на оттиске и не вызывает быстрого износа печатной формы. 6. Быть устойчивыми к воде, спирту, маслам, толуолу и другим растворителям. 7. Иметь небольшую маслоемкость, что дает возможность увеличивать концентрацию пигмента в краске для повышения ее интенсивности. 8. Хорошо смачиваться связующими, что сокращает процесс изготовления красок и обеспечивает равномерное распределение пигмента в краске.
Пигменты по химическому составу подразделяются на органические и неорганические. В полиграфической промышленности для изготовления красок применяют в основном органические пигменты, отличающиеся яркостью, чистотой цвета и тона, разнообразием свойств. Органические пигменты, обладающие прозрачностью, являются основой желтых, красных и синих красок, наложение которых друг на друга позволяет получать на оттиске практически все цвета и оттенки, встречающиеся в природе.
Цветовые и оптические свойства органических пигментов, их способность смешиваться между собой, давать разнообразные промежуточные цвета и оттенки позволяют оптимально ограничить ассортимент красок. На этой основе многие известные фирмы-производители, такие как BASF, K+E, Siegwerk, Sun Chemical, «Торжокский завод полиграфических красок», выпускают базовые краски, при смешении которых по определенной рецептуре Pantone получают широкую гамму различных цветов и оттенков.
Пигменты для триадных красок занимают особое положение: они должны соответствовать международным стандартам, в противном случае колористическая точность воспроизведения цветного оригинала будет нарушена. При многокрасочной печати, когда различные цвета и оттенки создаются наложением, краски должны обладать прозрачностью, определенной интенсивностью, светостойкостью, стабильностью и хорошими печатно-техническими свойствами. Однако не все пигменты для триадных красок удовлетворяют требованиям цветной печати, поэтому работы по решению этой проблемы продолжаются и по сей день.
Несмотря на доминирование органических пигментов, продолжается активное применение неорганических. Это обусловлено их высокими прочностными свойствами, особенно свето-, водо- и теплостойкостью, а также высокой кроющей способностью.
Современные неорганические пигменты — это искусственно получаемые высокодисперсные нерастворимые в воде цветные и белые соли и окислы металлов: железа, свинца, титана, бария, хрома и т. д. К неорганическим веществам относятся и высокодисперсные металлические порошки.
Особенности неорганических пигментов, в частности их непрозрачность, не позволяют широко применять их в производстве красок для издательских целей, но зато создают ряд преимуществ при использовании их в составе трафаретных красок и некоторых серий красок глубокой печати.
Красители, в отличие от пигментов, растворяются в воде, а иногда в связующем или его компонентах. Иногда их применяют в составе печатных красок в качестве красящего вещества, но недостаточные прочностные свойства (светостойкость, склонность к миграции, ограничения по экологическим и санитарным нормам) препятствуют их широкому употреблению.
Как самостоятельные красящие вещества красители присутствуют в составе некоторых флексографских и красок глубокой печати. Красители позволяют не только получать краски ярких интенсивных цветов, но и значительно упрощают их изготовление.
Принцип действия красок на основе красителя существенно отличается от пигментных. Последние образуют на оттиске сравнительно толстый красочный слой (из-за содержания твердых пигментных частиц как бы закрашивают его), а первые, проникая в поры подложки, окрашивают и ее составные части, и сами волокна.
Связующее является неотъемлемой частью печатных красок и связывает отдельные частицы красящих веществ в единую систему. Как ни парадоксально, все разнообразие ассортимента красок зависит главным образом от состава и свойств связующих. Изменяя их, можно на основе одного пигмента приготовить краску для любого способа печати. Основные требования к связующему сводятся к двум пунктам:
1. оно должно быть химически инертным по отношению к красящим веществам и материалу формы; 2. оно должно быть прозрачным, светлым и безвредным.
Именно от состава связующего зависит главное свойство краски — способность закрепляться на оттиске. Это физическое явление заключается в том, что красочный слой, образовавший печатное изображение, затвердевает и становится настолько прочным, что не поддается смазыванию, перетискиванию или отмарыванию.
Различают две стадии закрепления краски: первичное («схватывание») и окончательное. «Схватывание» обеспечивает такое состояние краски на оттиске, когда она перестает смазываться при слабых, в основном механических воздействиях. Окончательное закрепление достигается благодаря образованию прочной пленки.
В зависимости от вида печатной продукции, способа печати и других факторов технологического процесса закрепление красок может происходить четырьмя путями: химическим пленкообразованием (окислительная полимеризация); впитыванием и отделением растворителя в процессе впитывания; испарением растворителей или комбинированным закреплением (сочетание химического пленкообразования с впитыванием или испарением растворителя).
Связующие вещества имеют сложный химический состав. Как правило, это растворы твердых смол — пленкообразователей — в маслах и органических растворителях. В большинстве случаев в качестве пленкообразователей применяются смолы или продукты их переработки, например, канифоль, алкидные смолы, виниловые смолы, битумы, различные белковые вещества, каучуки, растительные масла, эфиры целлюлозы.
В качестве растворителей в производстве офсетных печатных красок и красок для высокой печати используются минеральные масла. В составе красок для глубокой, флексографской и трафаретной печати, высыхающих за счет испарения растворителя, присутствуют в основном такие органические растворители, как ароматические углеводороды, спирты, эфиры и т. д.
Структура краски подвержена значительным изменениям, обычно происходящим при закреплении (высыхании) краски после ее нанесения тонким слоем на подложку. Жидкая составная часть связующего впитывается в подложку или испаряется через поверхность красочной пленки, а пленкообразующее вещество, полимеризуясь под воздействием специальных компонентов или внешних факторов (воздуха, температуры, облучения), образует с красящими веществами твердообразную массу, постепенно превращаясь в сухую красочную пленку.
Свойства современных печатных красок
Все краски, применяемые в полиграфической промышленности, обладают оптическими и печатно-техническими свойствами (см. таблицу 1).
Оптические свойства позволяют получать цвет на оттиске. К ним относятся: цветовой тон, светлота (яркость); насыщенность (чистота цвета); интенсивность (создание краской заданного тона при определенном ее количестве на оттиске); прозрачность (способность красочного слоя пропускать световые лучи без изменения их направления); кроющая способность (закрытие цвета запечатываемой поверхности); блеск или глянцевитость (зеркальное отражение красочным слоем световых лучей); светостойкость красок на оттиске (способность краски при длительном действии света не изменять цветовые показатели).
К печатно-техническим свойствам относятся вязкость краски (ее внутреннее трение, возникающее под действием механических напряжений); липкость (совокупность адгезионно-когезионных свойств); структурно-механические (деформационные) свойства, проявляемые под действием механического напряжения; эластичность красочного слоя на оттиске; закрепление краски на оттиске, т. е. механизм пленкообразования; степень перетира краски (размеры частиц пигмента).
Красочные заводы выпускают большой ассортимент белых, черных и цветных печатных красок, имеющие различные свойства (см. табл. 2).
В зависимости от вида и способа печати краски разделяются на: универсальные (для высокой и офсетной печати), для высокой, офсетной, глубокой, трафаретной, тампонной и флексографской печати. Они отличаются прежде всего липкостью, вязкостью, скоростью и характером закрепления на запечатываемой поверхности, водостойкостью.
Например, офсетные краски в соответствии со спецификой печатной формы и процесса печатания отличаются от красок высокой печати повышенной вязкостью, препятствующей растеканию краски на форме; значительной водостойкостью, предохраняющей увлажняющий раствор от окрашивания; большей интенсивностью, обеспечивающей при малой толщине слоя необходимую насыщенность оттисков; отсутствием эмульгирования.
Особенностью красок для глубокой и флексографской печати является: низкая вязкость, позволяющая легко заполнять все печатающие элементы формы и быстро переходить на запечатываемый материал; наличие в краске летучего растворителя, быстро закрепляющего ее на оттиске; максимальная прозрачность красок для трехкрасочной печати.
Краски для трафаретной печати должны быть малолипкими, пластичными и обладать управляемым растеканием, т. е. правильно подобранной тиксотропной структурой. Они должны быть «короткими», а не вытягиваться в «нити» при отделении оттиска от формы. Так как толщина красочной пленки при трафаретной печати достигает 20–80 мкм (такой слой практически непрозрачен), концентрация цветного пигмента в краске не должна быть слишком высокой.
В зависимости от особенностей печатного издания краски подразделяются на газетные, книжно-журнальные, иллюстрационные, для трех- и четырехкрасочной печати, картографические, для печатания на невпитывающих материалах (жесть, полимерные пленки, металлизированная бумага) и т. д. Кроме того, они различаются и по другим признакам, учитывающим, например, тип печатной машины (в первую очередь скорость печатания, наличиe увлажняющего аппарата и его тип), вид бумаги, цвет краски, скорость ее закрепления на оттиске и глянцевитость.
Изготовление печатных красок
Изготовление печатных красок — особо точный и длительный процесс, который в общем виде состоит в тщательном перемешивании красящих веществ со связующими и последующем перетирании на краскотерочных машинах, бисерных мельницах и т. п. оборудовании. Это придает краскам текучесть и определенные реологические свойства.
Самая распространенная составляющая в приготовлении красок — пигмент. Их нынешний ассортимент позволяет выбрать индивидуальный для создания любой краски основного цвета. На индивидуальных пигментах готовятся и краски, являющиеся базовыми для систем смешения. При этом необходимо иметь ввиду, что с практической и экономической точек зрения целесообразнее готовить составную краску требуемого цвета и оттенка из базовых красок на красочном заводе, а не на собственном производстве.
Особые требования предъявляются к прочностным свойствам пигментов, задействованных в производстве красок для специальных видов печати на упаковках и изделиях. Например, пигменты для красок, используемых при запечатке текстуры древесины на фоновых марках бумаги, должны обладать повышенной светопрочностью и стойкостью к воздействию пропитывающих составов. Краски, применяемые для запечатки пищевых упаковок, должны иметь санитарные сертификаты. Следовательно, и пигменты, содержащиеся в них, должны удовлетворять этим требованиям.
Количество пигмента, вводимого в состав краски, обусловлено двумя факторами:
- обеспечением оптимальных колористических и оптических свойств высохшего слоя на оттиске;
- созданием краски с необходимыми реологическими и печатно-технологическими свойствами.
Для каждого пигмента существует предельная (объемная или весовая) концентрация, превышение которой (при данном связующем) создает систему, не обладающую свойствами краски. Если при критических концентрациях не обеспечиваются требуемые реологические и печатно-технологические свойства, в состав красок вводят наполнители. Они, не меняя цвета и оттенка пигмента и не влияя на колористические свойства красочной пленки, позволяют получить краски с требуемыми свойствами при минимальном содержании пигмента.
Существуют общие закономерности применения определенных веществ для получения конкретных цветов. Наиболее часто используемые для печати черные краски включают пигменты на основе сажи, полученной от неполного сгорания нефти или природного газа с добавлением подцветки из синих пигментов для усиления черноты и улучшения красочного оттенка. Для цветных красок есть множество различных органических или неорганических веществ.
Производство красок очень сложно не только с точки зрения технологии, но и по используемому оборудованию, соблюдению различных технических и технологических норм. На большинстве производств рецептура приготовления краски держится в глубоком секрете, а доступ к информации о составе и «формуле» краски имеет только главный технолог.
Обычно производственный комплекс состоит из нескольких участков: загрузки сухих компонентов, загрузки жидких компонентов, помещения, где размещаются промежуточные продукты. Кроме того, дозировочные станции для сухих и жидких компонентов, краскотерочные машины, вакуумные смесители, шаровые мельницы, выпрессовочные гидравлические или пневматические устройства, диссольверы. Весь современный процесс изготовления контролируется специализированными компьютерными программами.
Процессы изготовления красок для различных печатных работ имеют свою специфику. Общие схемы изготовления красок для офсетной и флексографской печати приведены соответственно на рис. 2 и рис. 3.
Обычно технологический цикл делится на две части: сначала производятся монокомпоненты, а из них смешивается готовый продукт. Работа начинается после того, как инженер-технолог выдает оператору линии рецептуру монопасты. Тщательно взвешенный продукт помещается в специальные котлы (обычно емкостью 500—800 л). Котел ставится под смеситель сухих пигментов, с предварительно отмеренными жидкими компонентами, затем все это размешивается в однородную массу, разогретую до определенной температуры. Вся дозировка производится автоматически, но предусмотрен переход и на ручной режим.
После предварительного смешивания продукт поступает на трехвалковую краскотерочную машину (обычно для изготовления офсетных, трафаретных и красок высокой печати), либо на шаровую мельницу (для глубокой и флексографской печати), где происходит процесс диспергирования и доводки размеров частиц до 3–6 мкм. Получившиеся монопасты отправляются в выпрессовочные устройства, связанные с дозирующей станцией жидких компонентов.
Второй этап производства уже готовой краски начинается также с получения рецептуры краски, по которой производится автоматическая добавка в котлы различных компонентов, строго дозированных в процентах от общего веса. Затем краска смешивается на вакуумном смесителе до однородной по составу и цвету субстанции. Подгонка цвета под установленный образец осуществляется либо автоматически, либо вручную профессионалом–колористом.
Производственно-исследовательский центр проверяет полученную краску на реологию и дает свои замечания оператору, который доводит краску до заданных параметров. Если результат соответствует всем параметрам, она расфасовывается в тару выпрессовочным устройством и транспортируется на склад, а затем экспедируется заказчикам.
***
Характеристики, описанные выше, являются общими для всех красок. Естественно, что для каждого способа печати, использования печатного оборудования и материалов, приоритет тех или иных характеристик меняется. Кроме того, существуют различные нюансы печатного процесса, которые также имеют большое значение. Мы планируем продолжить публикацию статей о печатных красках и их применении в полиграфическом производстве.
Об авторах: Максим Синяк — к.т.н., Московский государственный университет печати, msinyak@newmail.ru.; Наталья Марогулова — к.т.н., инженер-технолог.
КРАСКИ ДЛЯ РИЗОГРАФИИ
В последнее время произошло резкое повышение спроса на оперативную печать малых тиражей. Здесь нашли свое применение копировально-множительные аппараты и цифровые дупликаторы, больше известные под названием «ризографы».
Отличие двух типов оборудования состоит, главным образом, в ориентированности на определенный сегмент рынка оперативной печати, а отсюда — применяемый «механизм» получения изображения. В первом случае используется запись скрытого изображения на промежуточную светочувствительную поверхность с последующим проявлением тонером, во втором — прожигание маски будущего изображения в промежуточном носителе и использование принципа трафаретной печати.
Цифровые дупликаторы позволяют получать достаточно сложные изображения оперативно и с минимальными затратами, минуя традиционные стадии допечатной обработки оригиналов (фото- и формные процессы). При этом оригинал может быть как в виде «твердого» носителя, например, отпечатка на бумаге, так и в цифровом виде. Обычно дупликаторы используются для печати малых и средних тиражей на бумаге массой 1 м2 от 35 до 210 г и форматом от А6 до А3.
Система сменных цилиндров обеспечивает возможность многокрасочной печати путем последовательных краскопрогонов. Оптимальная область использования находится в нише между электрокопировальными аппаратами и малоформатными офсетными печатными машинами. Ризографы наиболее рентабельны при печати тиражей от 500 до 5000 оттисков. При этом ресурс современных моделей составляет от 5 до 10 млн циклов печати при ежедневной загрузке в 20 000 копий.
В силу специфики получения промежуточного изображения на ризографах можно выделить следующие основные требования к используемым в них краскам:
1) Краска должна быть тиксотропной.
В красочном аппарате краска между ракелем и печатной формой должна находиться в виде «валика» (т. е. не растекаться по форме). Это связано с особенностью строения красочного аппарата ризографа, где контроль наличия краски осуществляется датчиками, которые касаются поверхности красочного «валика». Если «валик» уменьшается в диаметре, то датчик дает сигнал на дополнительную подачу краски. Тиксотропный характер таких красок делает их одновременно текучими и твердообразными: они сохраняют свою форму при малых напряжениях и текут при повышенных.
2) Краска не должна высыхать на форме в печатном аппарате.
Это связано с тем, что после изготовления тиража и в перерывах между печатанием формный цилиндр не смывается.
3) Краска должна закрепляться на бумаге впитыванием, так как иные способы закрепления приведут к невыполнению требования 2.
Закрепление на оттиске должно происходить за короткий промежуток времени с образованием прочной неотмарывающейся эластичной красочной пленки.
4) Краска должна обладать реологическими свойствами трафаретной.
5) Краска должна быть экологически безопасна.
Современные краски для ризографии могут выдерживать температуру до минус 30 °С. При охлаждении до этой температуры они не расслаиваются на фракции и после размораживания полностью восстанавливают свои рабочие свойства. Работать с такими красками можно начинать уже при температуре +10 °С.
Автор благодарит за помощь работников компаний «Геликон» и «Оперативная полиграфия».
